Live τώρα    
18°C Αθήνα
ΑΘΗΝΑ
Αίθριος καιρός
18 °C
14.5°C19.6°C
3 BF 59%
ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ
Σποραδικές νεφώσεις
16 °C
13.5°C17.7°C
1 BF 73%
ΠΑΤΡΑ
Αίθριος καιρός
17 °C
14.3°C16.6°C
2 BF 63%
ΗΡΑΚΛΕΙΟ
Ελαφρές νεφώσεις
16 °C
14.8°C18.0°C
1 BF 58%
ΛΑΡΙΣΑ
Αίθριος καιρός
16 °C
16.3°C16.3°C
1 BF 65%
Ταχείες εκλάμψεις ραδιοκυμάτων: τα μυστηριώδη σήματα του Σύμπαντος
  • Μείωση μεγέθους γραμματοσειράς
  • Αύξηση μεγέθους γραμματοσειράς
Εκτύπωση

Ταχείες εκλάμψεις ραδιοκυμάτων: τα μυστηριώδη σήματα του Σύμπαντος

Οι ταχείες εκλάμψεις ραδιοκυμάτων ή ραδιοεκλάμψεις (FRB, Fast Radio Bursts) είναι πολύ σύντομες και πολύ ισχυρές εκπομπές ραδιοκυμάτων αστρονομικής προέλευσης. Η πρώτη καταγραφή ενός τέτοιου φαινομένου έγινε το 2007 από ερευνητές από τις ΗΠΑ και την Αυστραλία. Η ομάδα μελετούσε παρατηρήσεις επισκόπησης που είχαν ληφθεί το 2001 από το ραδιοτηλεσκόπιο του Parkes Observatory, στην Αυστραλία, οι οποίες είχαν ως στόχο την καταγραφή πάλσαρς (αστέρων νετρονίων που εκπέμπουν στα ραδιοκύματα). Το πρώτο αυτό γεγονός φέρει το όνομα «Lorimer Burst» (δηλαδή έκλαμψη του Lorimer, από το όνομα του επιστήμονα που ηγήθηκε της μελέτης), είχε διάρκεια μικρότερη από πέντε χιλιοστά του δευτερολέπτου και ένταση μερικές χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από την τυπική εκπομπή ραδιοκυμάτων από έναν γαλαξία. Το γεγονός δεν επαναλήφθηκε μέσα στις περίπου ενενήντα ώρες παρατηρήσεων που ακολούθησαν, οδηγώντας τους επιστήμονες στο συμπέρασμα ότι επρόκειτο για ένα πολύ δραματικό γεγονός, όπως μια έκρηξη υπερκαινοφανούς ή μια συγχώνευση πολύ μαζικών αντικειμένων (π.χ. αστέρων νετρονίων ή μελανών οπών). Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά της έκλαμψης υποδείκνυαν ότι η πηγή της ακτινοβολίας βρισκόταν έξω από τον γαλαξία μας ή το κοντινό μικρό νέφος του Μαγγελάνου, πιθανόν σε κάποιον άλλο μακρινό γαλαξία. Η μελέτη δημοσιεύτηκε το 2007 στο περιοδικό «Science» και από τότε ξεκίνησε η ανακάλυψη και άλλων τέτοιων γεγονότων σε παρατηρήσεις αρχείου.

Από το 2007 έχουν ανακαλυφθεί μερικές δεκάδες τέτοια γεγονότα και πολλά από τα χαρακτηριστικά τους έχουν μελετηθεί, ωστόσο η επιστημονική κοινότητα δεν έχει ακόμα καταλήξει σε μια κοινά αποδεκτή θεωρία για τον μηχανισμό που τα προκαλεί. Αρχικά, τα πιθανά σενάρια που είχαν προταθεί ήταν περισσότερα από τον αριθμό των γεγονότων που είχαν ανιχνευθεί. Ωστόσο, σιγά - σιγά οι ομάδες των επιστημόνων βάζουν τα σενάρια αυτά σε μια τάξη.

Μεγάλο ρόλο σε αυτή τη διαδικασία παίζει η συσσώρευση νέων παρατηρήσεων, οι οποίες αποκαλύπτουν νέα χαρακτηριστικά των ταχέων ραδιοεκλάμψεων. Η μικρή τους διάρκεια υποδεικνύει ότι οι πηγές τους έχουν μέγεθος όχι μεγαλύτερο από μερικά χιλιόμετρα, ενώ το γεγονός ότι πιθανότατα βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις σημαίνει ότι οι διαδικασίες που παράγουν τις ραδιοεκλάμψεις είναι πολύ δραματικές και κατά τη διάρκειά τους εκπέμπονται τεράστια ποσά ενέργειας. Ωστόσο, πολλά από τα νέα στοιχεία που αποκαλύπτονται δεν χαρακτηρίζουν όλα τα γεγονότα. Κάποια από τα σήματα των ραδιοεκλάμψεων παρουσιάζουν πολύ γρήγορες διακυμάνσεις, της τάξης του δεκάκις χιλιοστού του δευτερολέπτου. Σε κάποια από αυτά η ακτινοβολία είναι πολωμένη, αποκαλύπτοντας ότι το μαγνητικό πεδίο της πηγής παίζει σημαντικό ρόλο. Σχεδόν όλα τα γεγονότα που έχουν ανακαλυφθεί είναι μεμονωμένα, πλην δύο, τα οποία επαναλαμβάνονταν χωρίς όμως κάποια συγκεκριμένη περιοδικότητα. Λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά που παρουσιάζουν οι ταχείες ραδιοεκλάμψεις που έχουμε ανακαλύψει μέχρι τώρα, δεν αποκλείεται να υπάρχουν τουλάχιστον δύο υποκατηγορίες αυτών των φαινομένων.

Πάντως, παρά τη συσσώρευση παρατηρήσεων και τη συστηματική επεξεργασία τους, το φαινόμενο των ταχέων ραδιοεκλάμψεων παραμένει ακόμα ένα μυστήριο. Πολλοί από τους εμπλεκόμενους επιστήμονες πιστεύουν ότι η εξήγηση του φαινομένου δεν θα βελτιώσει απλώς τη γνώση μας για τις ιδιαίτερα ενεργητικές διεργασίες που συμβαίνουν στο Σύμπαν, αλλά θα μας εφοδιάσει με ακόμη ένα εργαλείο μελέτης του ίδιου του Σύμπαντος μέσω του οποίου θα μπορούμε να μετράμε αποστάσεις, μαγνητικά πεδία, την κατανομή της σκοτεινής ύλης κ.λπ.

Πιθανά σενάρια για την ερμηνεία των ταχέων ραδιοεκλάμψεων

Σε ένα πρόσφατο άρθρο επισκόπησης, μια ομάδα επιστημόνων από τη Νότια Αφρική και τον Καναδά επιχειρούν να κατηγοριοποιήσουν τα πιο πιθανά σενάρια και να υποδείξουν το είδος των παρατηρήσεων που θα μπορούσε να επιβεβαιώσει ή να απορρίψει το καθένα από αυτά. Η επισκόπηση αυτή γίνεται με αφορμή και την κατασκευή και λειτουργία νέων εγκαταστάσεων παρατήρησης των εκπομπών ραδιοφωνικών κυμάτων αστρονομικής προέλευσης.

Μία από τις πιθανές εξηγήσεις των ταχέων ραδιοεκλάμψεων είναι ότι αυτές παράγονται στο εσωτερικό των ενεργών γαλαξιακών πυρήνων. Εκεί, το υλικό που περιστρέφεται γύρω από τις τεράστιες μελανές οπές που βρίσκονται στο κέντρο των γαλαξιών μπορεί να επιταχυνθεί και να εκτοξευτεί ως ένας τεράστιος πίδακας πριν πέσει στο εσωτερικό της μαύρης τρύπας. Κατά τη διαδικασία αυτή, λόγω της τεράστιας θερμότητας που αναπτύσσεται, μπορεί να παραχθεί εκπομπή ραδιοκυμάτων υπό τη μορφή σύντομων εκλάμψεων. Αντιστοίχως, το υλικό που βρίσκεται γύρω από ταχύτατα περιστρεφόμενους πάλσαρς μπορεί να επιταχυνθεί από το ισχυρό μαγνητικό τους πεδίο και να εκπέμψει ραδιοφωνική ακτινοβολία. Συχνά, τα αντικείμενα αυτά βρίσκονται μέσα σε νέφη και λόγω της ταχείας περιστροφής τους σχηματίζουν φυσαλίδες οι οποίες ταξιδεύουν προς τα έξω και αλληλεπιδρούν με το υλικό του νέφους.

Η συγχώνευση πολύ μαζικών αστρικών αντικειμένων, όπως μελανών οπών, αστέρων νετρονίων ή λευκών νάνων μπορεί επίσης να προκαλέσει την εκπομπή ραδιοκυμάτων με κάποια από τα χαρακτηριστικά των ταχέων ραδιοκλάμψεων. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης αυτών των αντικειμένων, όταν, για παράδειγμα, ένας αστέρας νετρονίων συμπιέζεται περαιτέρω με αποτέλεσμα τη δημιουργία μιας μελανής οπής. Ένα πιο παράξενο σενάριο προβλέπει ότι η αλληλεπίδραση των μαζικών αυτών αντικειμένων με τη σκοτεινή ύλη μπορεί να οδηγήσει σε ταχείες ραδιοεκλάμψεις, κάτι που θα μπορούσε να δώσει τη δυνατότητα να μελετηθούν έμμεσα οι ιδιότητες της μυστηριώδους αυτής μορφής ύλης μέσω της μελέτης των ραδιοεκλάμψεων. Κάποια από αυτά τα σενάρια συμπεριλαμβάνουν επίσης υποθετικά σωματίδια ή αντικείμενα, όπως τα αξιόνια (υποθετικά υποατομικά σωματίδια που μπορεί να αποτελούν τη σκοτεινή ενέργεια), χορδές ή ακόμα και υποθετικά αντικείμενα, όπως οι λευκές οπές, δηλαδή τα αντίθετα των μελανών οπών, οι οποίες φυσικά δεν έχουν ανακαλυφθεί.

Προκειμένου να έχουν μια ολοκληρωμένη εικόνα και να είναι σε θέση να ταξινομήσουν και να αξιολογήσουν τα πιθανά σενάρια, θεωρητικοί επιστήμονες και παρατηρητές τα έχουν συγκεντρώσει σε μια ιστοσελίδα (frbtheorycat.org). Εκεί μπορεί να βρει κανείς λεπτομέρειες για τους πιθανούς μηχανισμούς, τα αστρονομικά αντικείμενα που εμπλέκονται, τις παρατηρήσεις που αναμένει κανείς με βάση αυτούς τους μηχανισμούς και τη βιβλιογραφία στην οποία στηρίζονται. Μια τέτοια συστηματική εργασία μπορεί να κατευθύνει μελλοντικές παρατηρήσεις και να οδηγήσει στην εξήγηση των φαινομένων και αποτελεί ένα εξαιρετικό παράδειγμα συνεργασίας μεταξύ θεωρητικής και παρατηρησιακής Αστροφυσικής.

Επανάληψη μήτηρ μαθήσεως

Η πιο πρόσφατη και λεπτομερής μελέτη ενός πιθανού σεναρίου παραγωγής ταχέων ραδιοεκλάμψεων βασίζεται στα γεγονότα που επαναλαμβάνονται. Το πρώτο από αυτά τα γεγονότα ανακαλύφθηκε το 2016 από μια ομάδα ερευνητών του Ινστιτούτου Ραδιαοστρονομίας Max Planck στη Βόννη της Γερμανίας. Η επαναληψιμότητα του γεγονότος έδωσε τη δυνατότητα στους ερευνητές να εντοπίσουν την πηγή της εκπομπής και να την ταυτίσουν με μια περιοχή που βρισκόταν σε έναν νάνο γαλαξία, όπου πυκνό πλάσμα περιβαλλόταν από ισχυρά μαγνητικά πεδία. Περαιτέρω μελέτη του σήματος αποκάλυψε την ύπαρξη μικρότερης κλίμακας εκλάμψεων κατά τη διάρκεια του γεγονότος, στις οποίες παρατηρείται και μια μείωση της συχνότητας εκπομπής. Μόλις τον Ιανουάριο του 2019 δημοσιεύτηκαν αποτελέσματα παρατηρήσεων από το ραδιοτηλεσκόπιο CHIMES, στις οποίες περιέχονταν άλλο ένα επαναλαμβανόμενο γεγονός, το οποίο παρουσίαζε παρόμοια χαρακτηριστικά.

Τα παρατηρησιακά αυτά δεδομένα των επαναλαμβανόμενων ταχέων ραδιοεκλάμψεων προσπαθούν να εξηγήσουν με την πρόσφατη εργασία τους ερευνητές από τα Πανεπιστήμια Μπέρκλεϊ και Κολούμπια. Το μοντέλο που προτείνουν οι ερευνητές είναι αυτό ενός ταχύτατα περιστρεφόμενου πάλσαρ στα πρώτα στάδια της ζωής του. Κάποιοι από αυτούς τους πάλσαρς, οι οποίοι μόλις έχουν δημιουργηθεί από εκρήξεις σουπερνόβα, έχουν πολύ ισχυρά μαγνητικά πεδία, δισεκατομμύρια φορές ισχυρότερα από τον ισχυρότερο μαγνήτη, και ονομάζονται magnetar (μάγναστρα). Το πλάσμα που περιβάλλει το μάγναστρο μπορεί να εκτοξευτεί κατά τη διάρκεια μιας έκλαμψης, όπως συμβαίνει με τις εκλάμψεις και τις στεμματικές εκτινάξεις μάζας του Ήλιου. Λόγω του πολύ ισχυρού μαγνητικού πεδίου του μάγναστρου, οι εκλάμψεις αυτές είναι πολύ πιο βίαιες.

Το υλικό που εκτοξεύεται σχηματίζει κελύφη πλάσματος σε κάποιες αποστάσεις γύρω από τον αστέρα - πηγή. Όταν μια νέα έκλαμψη εμφανίζεται, το υλικό που θα εκτοξευτεί από αυτή θα συναντήσει παλιότερα κελύφη και θα αρχίσει να επιβραδύνεται, συσσωρευόμενο πίσω από αυτά, σχηματίζοντας κύματα κρούσης. Εκεί θα δημιουργήσει τεράστια σε ισχύ μαγνητικά πεδία, πάνω στα οποία θα ξεκινήσουν να επιταχύνονται ηλεκτρόνια. Κατά τη διαδικασία αυτή θα υπάρξει ταχεία εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας υπό τη μορφή ραδιοκυμάτων. Καθώς το κύμα κρούσης επιβραδύνεται, η συχνότητα της εκπεμπόμενης ραδιοφωνικής ακτινοβολίας θα παρουσιάζει μείωση με τον χρόνο.

Το σενάριο αυτό εξηγεί με επιτυχία τη μη περιοδική επαναληψιμότητα των σημάτων και θέτει κάποιες επιπλέον προδιαγραφές για μελλοντικές παρατηρήσεις. Κατά τη διαδικασία που περιγράφηκε είναι πιθανή η εκπομπή και άλλων ειδών ακτινοβολίας, όπως π.χ. ακτίνων Χ, επομένως συνδυασμένες παρατηρήσεις με άλλα όργανα μπορούν να βοηθήσουν στην περαιτέρω μελέτη αυτών των φαινομένων. Επίσης, δεδομένου ότι πάλσαρς όπως τα μάγναστρα δημιουργούνται από την κατάρρευση μεγάλων σε μάζα αστέρων με μικρή ηλικία, πιθανοί στόχοι για περισσότερες ανιχνεύσεις τέτοιων γεγονότων καθίστανται γαλαξίες με πολλούς νεαρούς αστέρες.

Πολλοί ερευνητές θεωρούν ότι το σενάριο αυτό είναι αρκετά ελπιδοφόρο και, το κυριότερο, προτείνει συγκεκριμένες παρατηρήσεις με βάση τις οποίες μπορεί να ελεγχθεί η ορθότητά του. Θα πρέπει να σημειωθεί πάντως ότι το εύρος των χαρακτηριστικών των ταχέων ραδιοεκλάμψεων και το γεγονός ότι οι επιστήμονες έχουν στη διάθεσή τους πολύ λίγες καταγραφές τέτοιων φαινομένων καθιστούν και άλλα σενάρια εξίσου πιθανά.

Γιάννης Κοντογιάννης

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΓΝΩΜΕΣ

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

EDITORIAL

ΑΝΑΛΥΣΗ

SOCIAL